近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院滕年軍教授團(tuán)隊(duì)分別在The Plant Journal和Plant, Cell and Environment發(fā)表了題為“LlbHLH87 interacts with LlSPT to modulate thermotolerance via activation of LlHSFA2 andLlEIN3in lily”和“An AP2/ERF member LlERF012 confers thermotolerance via activation of HSF pathway in lily”系列研究論文，揭示了bHLH類轉(zhuǎn)錄因子LlbHLH87和LlSPT互作拮抗調(diào)控百合耐熱性的新機(jī)制，以及AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子LlERF012協(xié)同熱激轉(zhuǎn)錄因子參與百合耐熱性建立的新機(jī)制。
百合（Liliumspp.）是百合科百合屬多年生球根植物，具有“三好百合”和“球根花卉之王”之美譽(yù)。其花朵碩大優(yōu)美、氣味芬芳，同時(shí)兼具食用和藥用價(jià)值，因此具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。百合喜冷涼濕潤氣候，生長適宜溫度為22-28℃，通常環(huán)境溫度高于30℃會(huì)造成百合植株矮小、花蕾發(fā)育不良，進(jìn)而降低百合品質(zhì)。因此，解析百合響應(yīng)高溫的分子機(jī)制，應(yīng)用分子生物技術(shù)培育耐熱百合栽培品種具有重要的理論和實(shí)踐意義。
bHLH轉(zhuǎn)錄因子是植物中較大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，它們在植物的生長發(fā)育、次生代謝和對生物/非生物脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。然而，bHLH轉(zhuǎn)錄因子在植物耐熱性方面的報(bào)道較少，多數(shù)成員在高溫響應(yīng)途徑中的功能還未知。本研究中在百合中鑒定出一個(gè)受高溫顯著誘導(dǎo)表達(dá)的bHLH家族成員LlbHLH87，證明了其在百合的耐熱性建立中發(fā)揮重要作用。LlbHLH87受瞬時(shí)高溫脅迫即迅速誘導(dǎo)表達(dá)，其編碼蛋白定位于細(xì)胞核中，在酵母和植物細(xì)胞中均表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄激活活性。在擬南芥中過表達(dá)LlbHLH87增強(qiáng)了基礎(chǔ)耐熱性，而在百合中沉默LlbHLH87則降低了基礎(chǔ)耐熱性。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，LlbHLH87在百合中過表達(dá)可顯著激活關(guān)鍵的熱激轉(zhuǎn)錄因子HSF調(diào)控途徑；進(jìn)一步分析顯示，LlbHLH87與LlHSFA2和ETHYLENE-INSENSITIVE 3（LlEIN3）的啟動(dòng)子結(jié)合，直接激活它們的表達(dá)。此外，LlbHLH87與自身以及SPATULA（LlSPT）蛋白相互作用。LlSPT在長時(shí)間的高溫脅迫條件下被激活表達(dá)，其蛋白競爭LlbHLH87的同源互作，降低了LlbHLH87對靶基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。與單獨(dú)過表達(dá)LlbHLH87相比，共表達(dá)LlbHLH87和LlSPT降低了百合瞬時(shí)強(qiáng)烈高溫的耐受性，但提高了其對長時(shí)溫和高溫處理的熱敏感性。這些結(jié)果表明，LlbHLH87通過激活LlEIN3和LlHSFA2來調(diào)節(jié)耐熱性，同時(shí)LlSPT與其互作發(fā)揮拮抗作用，從而調(diào)控植物對于不同環(huán)境高溫條件的適應(yīng)。
LlbHLH87與LlSPT互作激活和平衡熱激反應(yīng)提高百合熱適應(yīng)性
熱激轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）是植物響應(yīng)熱脅迫（HS）的核心因子，但其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，尤其是關(guān)于HSFBs的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚不清楚。首先，團(tuán)隊(duì)以LlHSFB1為研究對象，發(fā)現(xiàn)其正調(diào)控百合耐熱性。通過克隆LlHSFB1啟動(dòng)子，并進(jìn)行酵母單雜交篩選實(shí)驗(yàn)鑒定得到熱誘導(dǎo)的AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子LlERF012。通過酵母單雜交、雙熒光素酶效應(yīng)子-報(bào)告子分析、EMSA證實(shí)LlERF012結(jié)合LlHSFB1啟動(dòng)子中的DRE并激活其表達(dá)。過表達(dá)LlERF012提高擬南芥和百合的耐熱性，但沉默LlERF012則降低百合的耐熱性。進(jìn)一步分析表明，LlERF012與LlHSFA1相互作用，從而增強(qiáng)了LlERF012的轉(zhuǎn)錄激活活性和DNA結(jié)合能力。此外，LlERF012通過結(jié)合DRE直接激活了A類HSFs（LlHSFA1、LlHSFA2、LlHSFA3A和LlHSFA3B）的表達(dá)，而LlERF012與LlHSFA1的相互作用增強(qiáng)了這些激活效應(yīng)。綜上，LlERF012是百合耐熱調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵因子，LlERF012與LlHSFA1的相互作用協(xié)同調(diào)控了包括A類和B熱激轉(zhuǎn)錄因子，為AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)不同的HSFs在植物耐熱性中的功能提供了新的證據(jù)。
熱脅迫條件下LlERF012調(diào)控百合耐熱性的工作模型
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)百合科研團(tuán)隊(duì)吳澤副教授是The Plant Journal論文的第一作者，滕年軍教授為通訊作者，團(tuán)隊(duì)成員博士生李婷、丁利平、向均和方倩倩，以及碩士生龔雪、章茵藝和余俊朋參與了該研究，北京市農(nóng)林科學(xué)院梁佳惠博士提供了重要幫助。本研究受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)和江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目的資金支持。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)百合科研團(tuán)隊(duì)博士生李婷、吳澤副教授是Plant, Cell and Environment論文的共同第一作者，滕年軍教授為通訊作者，團(tuán)隊(duì)成員鐘山青年研究員徐素娟博士，博士生向均和丁利平，以及碩士生章茵藝參與了該研究。本研究得到了江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科項(xiàng)目、江蘇省種業(yè)振興“JBGS”項(xiàng)目、江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目和江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資金的支持。
滕年軍教授團(tuán)隊(duì)主要從事百合生物育種與栽培、百合生殖發(fā)育與耐熱性分子調(diào)控機(jī)制等方面的研究與應(yīng)用工作。近幾年，團(tuán)隊(duì)還在New Phytologist、Plant Physiology、Journal of Experimental Botany、Horticulture Research、MolecularHorticulture等期刊上發(fā)表多篇相關(guān)研究論文，培育了一批已產(chǎn)業(yè)化的百合新品種，在南京市棲霞區(qū)八卦洲建有120多畝的百合研究與中試基地，以及在全國多地合作建成了10余個(gè)百合推廣示范基地（示范點(diǎn)）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.17060
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15058
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